CN209224953U - 高压互锁检测装置和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车辆安全保护技术领域，提供一种高压互锁检测装置和车辆，所述高压互锁检测装置包括：恒流模块，恒流模块包括恒压单元和定值电阻，所述恒压单元用于提供恒定电压，并通过定值电阻产生恒定电流，所述恒定电流流经整车控制器HCU内部的等效电阻R；采集模块，用于采集所述等效电阻R两端的电压值；处理模块，与所述采集模块相连接，用于将采集的所述等效电阻R两端的电压值分别与预设范围值相比较。本实用新型技术方案在不采用恒流源芯片的情况下可以提供稳定且精确度高的恒定电流，仅根据所述等效电阻R两端的电压值分别与预设电压值范围的比较结果就可以确定高压回路是否处于正常工作状态，具有逻辑简化、结构简单且成本低的优点。

Description

高压互锁检测装置和车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆安全保护技术领域，特别涉及一种高压互锁检测装置和车辆。

背景技术

电动汽车在正常使用过程中需要对整车高压回路进行实时检测，其原因是高压回路电压可以达到400V，电流可以达到300A，在正常情况下，高压回路为整车提供动力，且与驾驶环境是完全隔离的，不会对用户造成安全威胁，但整车各控制器还是需要随时检测高压回路是否连接正常，一来检测高压回路是否可以正常为整车提供动力，二来用于保证高压回路不会将驾驶环境串进高压回路，对车内人员造成伤害。

电池管理系统BMS对整车高压回路的检测负载为整车控制器HCU内部的等效电阻，该等效电阻的阻值会随使用时间的增加而逐渐曾大，在整车的正常使用时间内(例如设计某种型号的整车寿命为10年)，BMS检测负载的变化在正常范围内则判定高压回路正常。

在现有技术中，通过添加一个流经所述等效电阻的恒流源，再通过BMS采集所述等效电阻两端的电压，通过等效电阻两端的压差与流经等效电阻的电流计算出等效电阻的阻值，从而判断高压回路是否正常工作。

图1是某电动车的高压回路连接示意图，图2是现有的高压互锁检测电路示意图，图3是现有的高压互锁检测电路逻辑图。具体的，现有的高压互锁检测原理为：首先，BMS板常用5V电压经过BOOST升压芯片之后，将该检测电路的基准电压值提高，以增加最大限制电流；第二步，将升压之后的电源传递给恒流源，以产生一个满足使用要求的恒定电流；第三步，将所述恒定电流输送给HCU，然后流经分压电阻后到达参考地，形成回路。通过采集电路1和采集电路2来分别采集HCU内部等效电阻R两端的电压，利用电压差与恒定电流可以得出等效电阻R的阻值，从而判定高压回路是否处于正常工作状态。再结合图2和图3可知，需要对HCU内部等效电阻R两端电压准确测量后再进行A/D转换，由微控制单元MCU进行比较和判断。

现有的技术方案中存在以下技术问题：由于采用BOOST升压芯片，其工作原理会导致电路产生较高频率的信号，可能会对其它电路模块造成干扰，也很容易被外部信号干扰，导致该电路的电磁兼容性(EMC)性能差；其次，由于电路特性导致在电路没有工作的条件下，BOOST升压芯片及所在线路仍然消耗电流，导致整板功耗和静态功耗的增加；另外，由于该电路需要专用的BOOST升压芯片和恒流源芯片，导致该电路结构复杂，成本较高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种高压互锁检测装置和车辆，以解决现有技术中存在的电路结构复杂且成本高的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种高压互锁检测装置，所述高压互锁检测装置包括：恒流模块，所述恒流模块包括恒压单元和定值电阻，所述恒压单元用于提供恒定电压，并通过所述定值电阻产生恒定电流，所述恒定电流流经整车控制器HCU内部的等效电阻R；采集模块，用于采集所述等效电阻R两端的电压值；以及处理模块，与所述采集模块相连接，用于将采集的所述等效电阻R两端的电压值分别与预设范围值相比较。

进一步的，所述恒流模块包括：串联连接的电阻R8和电阻R9，所述电阻R8和电阻R9所在线路的输入端与触发信号的输入端相连接，所述电阻R8和电阻R9所在线路的输出端与参考地相连接，N-MOS管Q4，所述N-MOS管Q4的栅极连接至所述电阻R8和电阻R9之间的连接线，源极与电阻R11串联连接后接地，漏极经过电阻R10与电源相连接，比较器U1，所述比较器U1的正相输入端与所述N-MOS管Q4的源极相连接，负相输入端与电阻R13串联连接后接地，输出端与电阻R12的输入端相连接；NPN型三极管Q5，所述NPN型三极管Q5的基极与所述电阻R12的输出端相连接，发射极与所述电阻R13串联连接后接地，集电极经过电阻R15后与整车控制器HCU内部的等效电阻R的一端相连接，二极管D3，所述二极管D3的正极与所述比较器U1的输出端相连接，负极与所述NPN型三极管Q5的集电极相连接。

进一步的，所述恒流模块还包括电阻R14，所述电阻R14与所述电阻R13并联连接。

进一步的，所述采集模块包括两个采集单元，一个所述采集单元用于采集所述等效电阻R的一端的电压，另一个所述采集单元用于采集所述等效电阻R的另一端的电压，所述采集单元包括：串联连接的电阻R6和电阻R7，所述电阻R8和电阻R9所在线路的输入端与所述整车控制器HCU内的电阻R的一端相连接，输出端与参考地相连接。

进一步的，所述采集单元还包括：滤波电容C1，连接在所述整车控制器HCU内的等效电阻R的一端与所述参考地之间；和/或滤波电容C2，连接在所述串联连接的电阻R6和电阻R7之间的一点与所述采集模块的输出端之间；和/或二极管D2，所述二极管D2的正极与所述参考地相连接，负极与所述采集模块的输出端相连接。

进一步的，所述高压互锁检测装置还包括：限流模块，用于限制所述高压互锁检测装置内的电流不超过预设最大电流值。

进一步的，所述限流模块包括：串联连接的电阻R4和电阻R3，所述电阻R4和电阻R3所在线路的输入端与触发信号的输入端相连接，所述电阻R4和电阻R3所在线路的输出端与参考地相连接，N-MOS管Q3，所述N-MOS管Q3的栅极连接至所述电阻R3和电阻R4之间的连接线，源极接地，漏极与电阻R1的一端相连接，PNP型三极管Q1，所述PNP型三极管Q1的基极和集电极相连接后与所述电阻R1的另一端相连接，发射极与电源相连接，PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的基极与所述PNP型三极管Q1的基极相连接，发射极与电源相连接，集电极与电阻R5串联连接后与所述整车控制器HCU内部的等效电阻R的一端相连接。

进一步的，所述限流模块还包括二极管D1，所述二极管D1连接在所述PNP型三极管Q2的集电极与所述电阻R5之间，且所述二极管D1的正极与所述PNP型三极管Q2的集电极相连接。

进一步的，所述限流模块还包括电阻R2，所述电阻R2与所述电阻R1并联连接。

相对于现有技术，本实用新型所述的高压互锁检测装置具有以下优势：本实用新型提供的高压互锁检测装置没有采用BOOST芯片，可以提高整体电路的EMC性能，另外通过恒压单元和定值电阻来产生恒定电流，且所述恒定电流的状态稳定且精确度好，因此可以直接根据采集的等效电阻R两端的电压值来确定高压回路是否处于正常工作状态，简化了计算逻辑，还能够降低成本。

本实用新型还提供一种车辆，所述车辆设置有上述的高压互锁检测装置。

设置有上述的高压互锁检测装置的所述车辆与上述高压互锁检测装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为某电动汽车的高压回路连接示意图；

图2为现有的高压互锁检测电路示意图；

图3为现有的高压互锁检测电路逻辑图；

图4为本实用新型实施方式所述的高压互锁检测装置的结构框图；

图5为本实用新型实施方式所述的高压互锁检测装置的电路原理图。

附图标记说明：

10 限流模块 20 恒流模块

30 采集模块 301 第一采集单元

302 第二采集单元

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。

图4是本实用新型实施方式的一种高压互锁检测装置的结构框图，其中所述高压互锁检测装置设置在电池管理系统BMS和整车控制器HCU之间，其通过检测整车控制器HCU内部的等效电阻R的两端的电压值来判断高压回路是否处于正常工作状态。

如图4所示，该高压互锁检测装置可以包括：恒流模块20和采集模块30。恒流模块20包括恒压单元和定值电阻，恒压单元提供的恒定电压经所述定值电阻以后会产生恒定的电流，并且所述恒定电流会经过整车控制器内部的等效电阻R，采集模块30则会采集所述等效电阻R两端的电压值，并将检测的电压值数据输送至处理模块(图中未示出)，处理模块会将采集的等效电阻R的两端的电压值分别与预设范围值相比较，来确定高压回路是否处于正常工作状态。

本实用新型该实施例提供的该技术方案，利用恒流模块产生一个经过HCU内部等效电阻R的恒定电流，而恒流模块产生的恒定电流稳定且精确度高，所以只要采集等效电阻R两端的电压值，判断其是否在预设范围内就可以判定高压回路是否正常工作，而不需要计算出等效电阻R的阻值来判断高压回路是否正常工作，可以简化计算逻辑，提高工作效率。

或者，本实用新型该实施例提供的技术方案也可以计算出等效电阻R的阻值来判断高压回路是否正常工作。具体的，所述处理模块在接受到采集的整车控制器HCU内部的等效电阻R两端的电压值以后，可以根据等效电阻R的两端的电压值来确定等效电阻R的阻值，并将确定的等效电阻R的阻值与等效电阻R的预设范围值相比较，根据比较结果来确定高压回路是否处于正常工作状态。

可选的，所述处理模块可以为通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC，Application Specific IntegratedCircuit)、现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)电路或其他任何类型的集成电路(IC，Integrated Circuit)等。

考虑到现有的较为常规的处理模块只能处理数字信号，因此所述采集模块30还优选具有将采集的模拟信号转换为数字信号的功能，例如将采集单元采集的信号输送至一A/D转换器进行模数转换后再输送至处理模块即可。

进一步的，如图4所示，该高压互锁检测装置还可以包含限流模块10，与整车控制器HCU内部的等效电阻R的一端相连接，所述限流模块10的作用为将高压互锁检测装置内的电流限制在预设电流值内，所述预设电流值略大于系统需求的电流值，一来可以保证整个回路能够正常采集电池包的电压，二来可以保证高压互锁检测装置中的电路出现异常时，电路内的电流不会非常大，来保护高压互锁检测装置内的其他元器件。

本实用新型该实施例提供的技术方案没有采用BOOST芯片，没有高频信号流入电路，因此可以提高高压互锁检测装置的EMC性能。

结合图4和图5所示，本实用新型实施例还提供了一具体的高压互锁检测装置的电路原理图。其中，图5所示的高压互锁检测装置中的处理模块为微控制单元MCU，所以该电路中的触发信号为使能信号，输出电压值的接口为I/O接口1和I/O接口2。

如图5所示，该电路结构包括以下三个部分：限流模块10、恒流模块20和采集模块30。

具体的，限流模块10的电路结构为：使能信号EN1的输入端与电阻R3和电阻R4串联后连接到参考地，N-MOS管Q3的栅极连接至所述电阻R3和电阻R4之间的连接线，源极接地，漏极与电阻R1和电阻R2的一端相连接，PNP型三极管Q1的基极与所述PNP型三极管Q2的基极相连接，发射极与电源相连接，集电极与二极管D1和电阻R5串联连接后与所述整车控制器HCU内部的等效电阻R的一端相连接，且该连接点为采集点1。

恒流模块20的电路结构为：使能信号EN2的输入端与电阻R8和电阻R9串联后连接到参考地，N-MOS管Q4的栅极连接至所述电阻R8和电阻R9之间的连接线，源极与电阻R11串联后连接到参考地，漏极经过电阻R10与电源相连接，比较器U1的正相输入端与所述N-MOS管Q4的源极相连接，负相输入端与电阻R13和电阻R14串联后连接到参考地，输出端与电阻R12串联后连接到NPN型三极管Q5的基极相连接，NPN型三极管Q5的发射极与所述电阻R13和电阻R14相连接，集电极经过电阻R15后与整车控制器HCU内部的等效电阻R的一端相连接，且连接点为采集点2。

采集模块30包括两个采集单元，为采集单元301和采集单元302，用于采集等效电阻R两端的电压值。由于两个采集单元的电路结构相同，以与上述采集点1相连接的采集单元301为例介绍其电路结构：采集点1依次串联连接电阻R6和R7后连接到参考地，电容C1为采集点1与参考地之间的滤波电容，I/O接口1为MCU读取数值引脚，与电阻R6和电阻R7之间的一点连接，电容C2为I/O接口1与参考地之间的滤波电容，二极管D2为I/O接口1与参考地之间的保护二极管。

在高压互锁检测装置的结构为图5所示的电路结构的基础上详细解释本实用新型实施例提供的技术方案。

具体的，图5所示的电路结构的工作原理为：

当使能信号EN1为高时，电流通过电阻R3和电阻R4到达参考地，N-MOS管Q3的栅极的电压为低，从而使得N-MOS管Q3导通，N-MOS管Q3将参考地电势引致电阻R1、电阻R2、PNP型三极管Q1的基极和PNP型三极管Q2的基极，由于PNP型三极管Q1的发射极与基极之间的压差大于0.7V，所以PNP型三极管Q1的状态为导通；同理，PNP型三极管Q2也处于导通状态。因为PNP型三极管Q1完全导通，其压降基本为0，所以PNP型三极管Q1的集电极与发射极之间的电流Ice的最大值为因为PNP型三极管Q1与PNP型三极管Q2的连接点相同，所以PNP型三极管Q2的集电极与发射极之间的电流Ice的最大值也为即通过上述电路结构，可以实现限流模块10所具有的功能。

当使能信号EN2为高时，N-MOS管Q4工作原理与N-MOS管Q3相同，使其为导通状态；比较器U1的一端输入电压为电阻R11的分压，比较器U1的输出脚通过电阻R12连接NPN型三极管Q5的基极，NPN型三极管Q5的发射极与比较器U1的另一个输入端相连，同时与电阻R13和电阻R14并联。由以上可得出，比较器U1的一输入端的电压为所以比较器U1的另一输入端电压与之相同，由此可得出流经电阻R13和电阻R14的电流为即通过上述电路结构，可以使得输出电流为一恒定值。

采集点1与电阻R6和电阻R7串联后连接至参考地，采集的电压值类似的，采集点2与电阻R16和电阻R17串联后连接至参考第，所以采集的电压值因此，根据U1和U2的电压值就可以判断高压回路是否处于正常工作状态。

由上述工作原理可知，在限流模块10中，电源电压值的高低与电阻R1和电阻R2的等效阻值是决定限流电流的电流值大小的关键，在恒流模块中，电阻R11和电阻R10的阻值的比例与电阻R13和电阻R14的等效阻值是确定恒定电流的电流值的关键，在采集模块中，电阻R6和电阻R7的阻值的比例是采集的电压值的大小的关键。因此，在本实用新型实施例提供的电路结构的基础上，工作人员可以根据实际工作情况和工作需求来设定输入电源的电压值和各个元器件的参数，并根据具体的电路参数来设定合理的等效电阻R的预设范围。

可选的，在对高压互锁检测装置的可靠性和安全性等方面的要求不高时，工作人员可以对图5提供的电路结构进行修改以简化电路结构。例如，在限流模块10中，由于电阻R1和电阻R2为限流电阻，采用两个或两个以上的电阻并联连接可以防止其中一个电阻失效而导致整个电路不能正常工作的情况，所以也可以仅采用电阻R1或电阻R2；在恒流模块20中，由于电阻R13和电阻R14为定值电阻，用于在施加恒定电压时能够产生恒定电流，而采用两个或两个以上的电阻并联连接也是为了防止其中一个电阻失效而导致整个电路不能正常工作的情况，所以也可以仅采用电阻R13或电阻R14。

另外，在采集模块30中，在采集点和MCU的I\O接口处分别添加容值不同的电容，用于滤除高频和低频干扰信号，并在MCU的I\O接口添加二极管起到反向保护的作用，用于防止意外情况毁坏MCU，因此本领域技术人员在知道图5中各个电器元件的功能和作用的基础上，可以采用等效替代的方法来对电路结构做出修改。

其中，PNP型三极管Q2与PNP型三极管Q1的型号应该相同，N-MOS管Q4与N-MOS管Q3的型号应该相同。

可选的，上述N-MOS管Q4和N-MOS管Q3还可以为三极管、集成式开关芯片、光耦或小型开关等元器件。

本实用新型该实施例提供的高压互锁检测装置，利用简单被动器件搭建限流电路来替代原有的BOOST升压芯片，通过两个使能信号来控制其工作状态，在使能信号为低时，整体电路中没有电流回路，静态功耗基本为0，在使能信号为高时，由于未采用BOOST芯片，所以整体电路工作电压降低，整体功耗也被降低。即能够同时降低静态功耗和整体功耗，还能够增强整体电路的EMC性能。

另外，该实施例提供的高压互锁检测装置利用比较器和简单的外围元件搭建出一个恒流源电流来替代原有的恒流芯片，即采用电阻分压、信号比较和限定电流的方式来实现所需的功能，具有电路结构简单且成本低的优点。

该实施例提供的高压互锁检测装置也没有采用集中式芯片对采集模块进行优化，因此可以进一步降低所述高压互锁检测装置的成本。

相应的，本实用新型实施例还提供一种车辆，所述车辆设置有上述中高压互锁检测装置，以检测整车的安全性。

进一步的，所述车辆可以为混合动力汽车。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压互锁检测装置，其特征在于，所述高压互锁检测装置包括：

恒流模块，所述恒流模块包括恒压单元和定值电阻，所述恒压单元用于提供恒定电压，并通过所述定值电阻产生恒定电流，所述恒定电流流经整车控制器HCU内部的等效电阻R；

采集模块，用于采集所述等效电阻R两端的电压值；以及

处理模块，与所述采集模块相连接，用于将采集的所述等效电阻R两端的电压值分别与预设范围值相比较。

2.根据权利要求1所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述恒流模块包括：

串联连接的电阻R8和电阻R9，所述电阻R8和电阻R9所在线路的输入端与触发信号的输入端相连接，所述电阻R8和电阻R9所在线路的输出端与参考地相连接，

N-MOS管Q4，所述N-MOS管Q4的栅极连接至所述电阻R8和电阻R9之间的连接线，源极与电阻R11串联连接后接地，漏极经过电阻R10与电源相连接，

比较器U1，所述比较器U1的正相输入端与所述N-MOS管Q4的源极相连接，负相输入端与电阻R13串联连接后接地，输出端与电阻R12的输入端相连接；

NPN型三极管Q5，所述NPN型三极管Q5的基极与所述电阻R12的输出端相连接，发射极与所述电阻R13串联连接后接地，集电极经过电阻R15后与整车控制器HCU内部的等效电阻R的一端相连接，

二极管D3，所述二极管D3的正极与所述比较器U1的输出端相连接，负极与所述NPN型三极管Q5的集电极相连接。

3.根据权利要求2所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述恒流模块还包括电阻R14，所述电阻R14与所述电阻R13并联连接。

4.根据权利要求1所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述采集模块包括两个采集单元，一个所述采集单元用于采集所述等效电阻R的一端的电压，另一个所述采集单元用于采集所述等效电阻R的另一端的电压，所述采集单元包括：

串联连接的电阻R6和电阻R7，所述电阻R8和电阻R9所在线路的输入端与所述整车控制器HCU内的等效电阻R的一端相连接，输出端与参考地相连接。

5.根据权利要求4所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述采集单元还包括：

滤波电容C1，连接在所述整车控制器HCU内的等效电阻R的一端与所述参考地之间；和/或

滤波电容C2，连接在所述串联连接的电阻R6和电阻R7之间的一点与所述采集模块的输出端之间；和/或

二极管D2，所述二极管D2的正极与所述参考地相连接，负极与所述采集模块的输出端相连接。

6.根据权利要求1所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述高压互锁检测装置还包括：

限流模块，用于限制所述高压互锁检测装置内的电流不超过预设最大电流值。

7.根据权利要求6所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述限流模块包括：

串联连接的电阻R4和电阻R3，所述电阻R4和电阻R3所在线路的输入端与触发信号的输入端相连接，所述电阻R4和电阻R3所在线路的输出端与参考地相连接，

N-MOS管Q3，所述N-MOS管Q3的栅极连接至所述电阻R3和电阻R4之间的连接线，源极接地，漏极与电阻R1的一端相连接，

PNP型三极管Q1，所述PNP型三极管Q1的基极和集电极相连接后与所述电阻R1的另一端相连接，发射极与电源相连接，

PNP型三极管Q2，所述PNP型三极管Q2的基极与所述PNP型三极管Q1的基极相连接，发射极与电源相连接，集电极与电阻R5串联连接后与所述整车控制器HCU内部的等效电阻R的一端相连接。

8.根据权利要求7所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述限流模块还包括二极管D1，所述二极管D1连接在所述PNP型三极管Q2的集电极与所述电阻R5之间，且所述二极管D1的正极与所述PNP型三极管Q2的集电极相连接。

9.根据权利要求7所述的高压互锁检测装置，其特征在于，所述限流模块还包括电阻R2，所述电阻R2与所述电阻R1并联连接。

10.一种车辆，其特征在于，设置有权利要求1-9中任意一项所述的高压互锁检测装置。